第四章 施工架踏板之模擬分析
第四節 踏板掛鉤防止外移之抗剪強度模擬
表 4-20 第二型踏板 D 掛鉤於施力面積為6cm×50cm之應力變化表
D 掛鉤之應力變化表
載重大小 m 點應力 n 點應力 o 點應力 p 點應力
1000 2.22E+08 2.61E+08 1.69E+08 1.64E+08 1200 2.67E+08 3.13E+08 2.03E+08 1.97E+08 1400 3.11E+08 3.65E+08 2.37E+08 2.30E+08 1600 3.55E+08 4.17E+08 2.70E+08 2.63E+08 1800 4.00E+08 4.69E+08 3.04E+08 2.96E+08
載重之單位：kgf，應力之單位：N m2
圖 4-33 第二型踏板施力面積為6cm×50cm之應力圖
在踏板兩邊掛鉤往踏板中心方向 20cm 處踏板下方各放置一
cm cm 50
2 × 施力媒介(如圖 4-34、4-35 所示)、6cm×50cm施力媒介(如圖 4-36、4-37 所示)，並對其施上舉力至四掛鉤破壞，而其能承受之上 舉力需大於 CNS 規定之 330kgf 方為合格。
圖 4-34 第一型踏板掛鉤防止外移之抗剪強度測試模擬示意圖
圖 4-35 第二型踏板掛鉤防止外移之抗剪強度測試模擬示意圖
圖 4-36 第一型踏板掛鉤防止外移之抗剪強度測試模擬示意圖
圖 4-37 第二型踏板掛鉤防止外移之抗剪強度測試模擬示意圖
二、模擬結果判定方式
透過施力媒介給予踏板一個上舉力，當踏板掛鉤下緣短鉤(如圖 4-38 所示)應力超過鋼之降服強度(2.45×108N m2)時視為踏板掛鉤已被剪
斷，而分別對 A、B、C、D 四掛鉤(如圖 4-21)取出兩點作應力分析(各 掛鉤所取之分析點如圖 4-39、4-40、4-41、4-42 所示)，當四掛鉤有 任一掛鉤被剪斷時則視為踏板整體破壞，各掛鉤之剪斷判定為掛鉤所 取出之兩點應力皆大於鋼之降服強度2.45×108N m2，破壞強時之強度 需大於 CNS 所規定之 330kgf。
圖 4-38 掛鉤下緣短鉤示意圖
掛勾下緣短鉤
圖 4-39 掛鉤 A 應力量測圖
圖 4-40 掛鉤 B 應力量測圖
2
1
4
3
圖 4-41 掛鉤 C 應力量測圖
圖 4-42 掛鉤 D 應力量測圖
三、模擬結果分析
(一) 第一型踏板施力面積為2cm×50cm
對於施力面積2cm×50cm之施力媒介給予一個 300kgf 之上舉力(CNS
8 7
5 6
規定強度=300kgf)，觀察四掛鉤各點之應力，其中四掛鉤所取出之各 點應力皆遠小於鋼之降服2.45×108N m2，因此從 300kgf 開始施力以 150kgf 遞增測試，當上舉力達到 900kgf 時各掛鉤所取出之點中皆已 降服，所以推估破壞強度約在 750kgf~900kgf 之間。
各掛鉤中應力最低點分別是 A 掛鉤 2 點、B 掛鉤 3 點、C 掛鉤 5 點、
D 掛鉤 8 點，因此當該短鉤兩點應力值皆超過降服強度2.45×108N m2
時則該點所屬短鉤視為破壞，而從分析結果中 C 掛鉤 5 點較其他三 掛鉤，2、3、8 三點較先破壞，因此以 5 點為破壞基準推估出使其降 服載重為 867 kgf。
第一型踏板施力面積為2cm×50cm四掛鉤所取出分析點如表 4-21 所 示。
(二) 第一型踏板施力面積為6cm×50cm
對於施力面積6cm×50cm之施力媒介給予一個 300kgf 之上舉力(CNS 規定強度=300kgf)，觀察四掛鉤各點之應力，其中四掛鉤所取出之各 點應力皆遠小於鋼之降服2.45×108N m2，因此從 300kgf 開始施力以 150kgf 遞增測試，當上舉力達到 900kgf 時 B、D 掛鉤所取之點皆已 降服，所以推估破壞強度約在 750kgf~900kgf 之間。
各掛鉤中應力最低點分別是 A 掛鉤 2 點、B 掛鉤 3 點、C 掛鉤 5 點、
D 掛鉤 8 點，因此當該短鉤兩點應力值皆超過降服強度2.45×108N m2
時則該點所屬短鉤視為破壞，而從分析結果中 B、D 掛鉤 3、8 點較 其他兩掛鉤，2、5 兩點較先破壞，因此以 3、8 點為破壞基準推估出 使其降服載重為 882kg f。
第一型踏板施力面積為6cm×50cm四掛鉤所取出分析點如表 4-22 所 示。
(三) 第二型踏板施力面積為2cm×50cm
對於施力面積2cm×50cm之施力媒介給予一個 300kgf 之上舉力(CNS 規定強度=300kgf)，觀察四掛鉤各點之應力，其中四掛鉤所取出之各 點應力皆遠小於鋼之降服2.45×108N m2，因此從 300kgf 開始施力以 150kgf 遞增測試，當上舉力達到 750kgf 時各掛鉤所取出之點中皆已 降服，所以推估破壞強度約在 600kgf~750kgf 之間。
各掛鉤中應力最低點分別是 A 掛鉤 2 點、B 掛鉤 3 點、C 掛鉤 5 點、
D 掛鉤 8 點，因此當該短鉤兩點應力值皆超過降服強度2.45×108N m2
時則該點所屬短鉤視為破壞，而從分析結果中 C 掛鉤 5 點較其他三 掛鉤，2、3、8 三點較先破壞，因此以 5 點為破壞基準推估出使其降 服載重為 657 kgf。
第二型踏板施力面積為2cm×50cm四掛鉤所取出分析點如表 4-23 所 示。
(四) 第二型踏板施力面積為6cm×50cm
對於施力面積6cm×50cm之施力媒介給予一個 300kgf 之上舉力(CNS 規定強度=300kgf)，觀察四掛鉤各點之應力，其中四掛鉤所取出之各 點應力皆遠小於鋼之降服2.45×108N m2，因此從 300kgf 開始施力以 150kgf 遞增測試，當上舉力達到 750kgf 時各掛鉤所取出之點中皆已 降服，所以推估破壞強度約在 600kgf~750kgf 之間。
各掛鉤中應力最低點分別是 A 掛鉤 2 點、B 掛鉤 3 點、C 掛鉤 5 點、
D 掛鉤 8 點，因此當該短鉤兩點應力值皆超過降服強度2.45×108N m2
時則該點所屬短鉤視為破壞，而從分析結果中 C 掛鉤 5 點較其他三 掛鉤，2、3、8 三點較先破壞，因此以 5 點為破壞基準推估出使其降 服載重為 675 kgf。
第二型踏板施力面積為6cm×50cm四掛鉤所取出分析點如表 4-24 所 示。
表 4-21 第一型踏板施力面積為2cm×50cm之掛鉤應力變化表
第一型踏板(施力面積為2cm×50cm)
掛鉤 A 掛鉤 B 掛鉤 C 掛鉤 D 掛鉤
載重 1 點應力 2 點應力 3 點應力 4 點應力 5 點應力 6 點應力 7 點應力 8 點應力 300 1.56E+08 8.39E+07 8.48E+07 1.58E+08 8.32E+07 1.54E+08 1.60E+08 8.41E+07 450 2.34E+08 1.26E+08 1.27E+08 2.36E+08 1.25E+08 2.31E+08 2.40E+08 1.26E+08 600 3.11E+08 1.68E+08 1.70E+08 3.15E+08 1.66E+08 3.07E+08 3.20E+08 1.68E+08 750 3.89E+08 2.10E+08 2.12E+08 3.94E+08 2.08E+08 3.84E+08 4.00E+08 2.10E+08 900 4.67E+08 2.52E+08 2.54E+08 4.73E+08 2.50E+08 4.61E+08 4.80E+08 2.52E+08 載重之單位：kgf，應力之單位：N m2
破壞時之上舉力：867 kgf
圖 4-43 第一型踏板施力面積為2cm×50cm之應力圖
表 4-22 第一型踏板施力面積為6cm×50cm之掛鉤應力變化表
第一型踏板(施力面積為6cm×50cm)
掛鉤 A 掛鉤 B 掛鉤 C 掛鉤 D 掛鉤
載重 1 點應力 2 點應力 3 點應力 4 點應力 5 點應力 6 點應力 7 點應力 8 點應力 300 1.33E+08 8.04E+07 8.34E+07 1.36E+08 7.91E+07 1.40E+08 1.43E+08 8.33E+07 450 2.00E+08 1.21E+08 1.25E+08 2.05E+08 1.19E+08 2.10E+08 2.15E+08 1.25E+08 600 2.66E+08 1.61E+08 1.67E+08 2.73E+08 1.58E+08 2.79E+08 2.86E+08 1.67E+08 750 3.33E+08 2.01E+08 2.08E+08 3.41E+08 1.97E+08 3.49E+08 3.58E+08 2.08E+08 900 3.99E+08 2.41E+08 2.50E+08 4.09E+08 2.37E+08 4.19E+08 4.29E+08 2.50E+08 1050 4.66E+08 2.81E+08 2.92E+08 4.78E-01 2.77E+08 4.89E+08 5.01E+08 2.92E+08 載重之單位：kgf，應力之單位：N m2
破壞時之上舉力：882kgf
圖 4-44 第一型踏板施力面積為6cm×50cm之應力圖
表 4-23 第二型踏板施力面積為2cm×50cm之掛鉤應力變化表
第二型踏板(施力面積為2cm×50cm)
掛鉤 A 掛鉤 B 掛鉤 C 掛鉤 D 掛鉤
載重 1 點應力 2 點應力 3 點應力 4 點應力 5 點應力 6 點應力 7 點應力 8 點應力 300 1.68E+08 1.06E+08 1.05E+08 1.62E+08 1.12E+08 1.72E+08 1.73E+08 1.08E+08 450 2.53E+08 1.59E+08 1.57E+08 2.43E+08 1.68E+08 2.58E+08 2.60E+08 1.62E+08 600 3.37E+08 2.12E+08 2.10E+08 3.24E+08 2.24E+08 3.44E+08 3.47E+08 2.17E+08 750 4.21E+08 2.65E+08 2.62E+08 4.05E+08 2.80E+08 4.30E+08 4.33E+08 2.71E+08 載重之單位：kgf，應力之單位：N m2
破壞時之上舉力：657 kgf
圖 4-45 第二型踏板施力面積為2cm×50cm之應力圖
表 4-24 第二型踏板施力面積為6cm×50cm之掛鉤應力變化表
第二型踏板(施力面積為6cm×50cm)
掛鉤 A 掛鉤 B 掛鉤 C 掛鉤 D 掛鉤
載重 1 點應力 2 點應力 3 點應力 4 點應力 5 點應力 6 點應力 7 點應力 8 點應力 300 1.82E+08 1.06E+08 1.04E+08 1.96E+08 1.09E+08 1.97E+08 1.94E+08 1.08E+08 450 2.73E+08 1.59E+08 1.55E+08 2.93E+08 1.63E+08 2.96E+08 2.91E+08 1.62E+08 600 3.64E+08 2.12E+08 2.07E+08 3.91E+08 2.18E+08 3.95E+08 3.88E+08 2.16E+08 750 4.55E+08 2.65E+08 2.59E+08 4.89E+08 2.72E+08 4.93E+08 4.85E+08 2.70E+08 載重之單位：kgf，應力之單位：N m2
破壞時之上舉力：675 kgf
圖 4-46 第二型踏板施力面積為6cm×50cm之應力圖
第五節 第五節
第五節 第五節 模 模 模 模擬結果於 擬結果於 擬結果於 CNS 之檢核 擬結果於 之檢核 之檢核 之檢核
一、CNS 檢核表介紹
利用 CNS 來檢核踏板數值模擬後之結果是否符合，因顧慮到踏板有 高安全性因此以 CNS 規定之平均值來審核是否合格，模擬時踏板之 設計寬度為 500mm，所以各項評估標準皆以 500mm 代入表 2-2 計算，
所計算之評估標準如表 4-25 所示。
表 4-25 踏板模擬板於 CNS 規定之應有強度
規定 項目
平均值 最小值
垂直撓度 mm 10 以下
踏板撓度及抗彎強度
最大載重 kgf 550kgf 500kgf
踏板掛鉤本體及安裝部之抗剪強度 2000kgf 1800kgf
踏板掛鉤防止外移之抗剪強度 330kgf 以上 300kgf 以上
二、綜合以上第二節至第四節踏板撓度及抗彎強度測試、踏板掛鉤本 體及安裝部之抗剪強度測試、踏板掛鉤防止外移之抗剪強度測試其分 析結果如表 4-26、4-27 所示。
表 4-26 第一型踏板於 CNS 之檢核
項目 施力面積 規定 是否合格
垂直撓度 mm
1.96mm(小於 10 以下) 合格
最大載重 kgf
cm cm 50 2 ×
400 kgf (小於 550kgf) 不合格
垂直撓度 mm
1.877mm(小於 10 以下) 合格 踏板撓度及抗
彎強度
最大載重 kgf
cm cm 50 12 ×
479 kgf (小於 550kgf) 不合格
cm cm 50
2 × 1690kgf(小於 2000kgf) 不合格 踏板掛鉤本體及安裝部之
抗剪強度 6cm×50cm 1920kgf(小於 2000kgf) 不合格
cm cm 50
2 × 867kgf(大於 330kgf) 合格 踏板掛鉤防止外移之抗剪
強度測試 6cm×50cm 882kgf(大於 330kgf) 合格
表 4-27 第二型踏板於 CNS 之檢核
項目 施力面積 規定 是否合格
垂直撓度 mm
3.464mm(小於 10 以下) 合格
最大載重 kgf
cm cm 50 2 ×
360 kgf (小於 550kgf) 不合格
垂直撓度 mm
3.165mm(小於 10 以下) 合格 踏板撓度及抗
彎強度
最大載重 kgf
cm cm 50 12 ×
454kgf (小於 550kgf) 不合格
cm cm 50
2 × 1330kgf(小於 2000kgf) 不合格 踏板掛鉤本體及安裝部之
抗剪強度 6cm×50cm 1470kgf(小於 2000kgf) 不合格
cm cm 50
2 × 657kgf(大於 330kgf) 合格 踏板掛鉤防止外移之抗剪
強度測試 6cm×50cm 675kgf(大於 330kgf) 合格
第六節 第六節
第六節 第六節 踏板使用夾具之 踏板使用夾具之 踏板使用夾具之 踏板使用夾具之 ANSYS 分析 分析 分析 分析
一、初始條件之設定
踏板實驗使用之夾具為承載踏板在實驗中施力時重要承載物，因此其 需具足夠強度才可使踏在試驗中有正確之數值。
將夾具上四點視為踏板實驗時掛鉤放置之點(如圖 3-47 所示)，對其施 放載重進而觀察 a、b、c、d 四點(圖 4-48、圖 4-49)之應力變化。
圖 4-47 踏板實驗之夾具圖
施放載重之位置
圖 4-48 夾具量測應力點
圖 4-49 夾具量測應力點
二、模擬結果分析
分別以 2000kgf、4000kgf、6000kgf、8000kgf 對於夾具施力並量 測 a、b、c、d 四點應力變化，其變化如表 4-28 所示，而當夾具受力 時其最大應力處位於夾具圓管上(如圖 4-50 所示)，而該點之應力變化
b a
c d
如表 4-26 所示。
以最大應力處該點其斷面破壞為準，所以分析最大應力處(MX) 斷面之最小應力點，當其應力大於2.45×108N m2視為材料破壞，而其 分析結果如表 4-29 所示載重在 6000kgf 時該斷面已達降服，而其載 重應力變化如圖 4-54 所示呈線性變化。
表 4-28 夾具 a、b、c、d 四點應力變化表
受力大小 2000 4000 6000 8000
a 點應力變化 4.56E+07 9.12E+07 1.37E+08 1.82E+08 b 點應力變化 4.18E+05 8.35E+05 1.25E+06 1.67E+06 c 點應力變化 2.03E+06 4.06E+06 6.10E+06 8.13E+06 d 點應力變化 2.42E+07 4.85E+07 7.27E+07 9.70E+07 受力單位：kgf，應力單位：N m2
圖 4-50 夾具受 2000kgf 載重之應力圖
最大應力處
圖 4-51 夾具受 4000kgf 載重之應力圖
圖 4-52 夾具受 6000kgf 載重之應力圖
圖 4-53 夾具受 8000kgf 載重之應力圖
表 4-29 夾具之最大應力點應力變化表
受力大小 2000 4000 6000 8000
應力變化 7.88E+07 1.58E+08 2.36E+08 3.15E+08 受力單位：kgf，應力單位：N m2
F o rce
Stress
0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0
0 5 E + 0 7 1 E + 0 8 1 .5 E + 0 8 2 E + 0 8 2 .5 E + 0 8 3 E + 0 8
F ra m e 0 0 1 1 0 A u g 2 0 0 8
圖 4-54 夾具最大應力點之應力變化圖
.由模擬結果中可得知夾具最大應力處在放置掛鉤之圓管上，而夾具 之圓管設計為可換式，因此如夾具在圓管處破壞時可更換圓管繼續使 用該夾具測試踏板，使此踏板實驗夾具使用壽命增加。
m2
N